软岩巷道支护设计.pdf
煤矿安全 2 0 0 7 一 0 , 软岩巷道支护设计 李志强, 张宏岩 辽宁工程技术大学, 辽宁 率新 1 23X X 摘要 软岩巷道支护历来是巷道工程的难题, 文章通过对软岩巷道的特征分析及支护原理和方 法的论述, 对道清矿巷道支护方式进行了 重新设计, 并在实 验巷道中 取得了良 好的效果。 关键词 软岩巷道; 描杆; 相似材料模拟 中图分类号 T D 3 5 3 . 6文献标识码 B文章编号 1 X3 一 4 9 6 X 2 0 0 7 0 3 一 0 0 3 3 一 0 3 1 软岩巷道的特征 软岩巷道最明显的特征是地压显现比较剧烈, 巷道维护困难, 着重表现在围岩的自 稳时间短、 来压 快、 变形量大、 持续时间长、 四周来压、 底鼓明显、 遇 水膨胀、 变形加剧, 可以用4 个字来概括 松、 散、 软、 弱。 2 软岩巷道的支护原理 现代岩石力学揭示, 岩石破裂后仍具有残余强 度, 松动破裂围岩仍具有相当高的承载能力, 围岩 既是支护压力的根源, 也是抵抗平衡原岩应力的承 载体, 而且是主要的承载结构体, 所以支护的作用在 于维护和提高松动围岩的残余强度, 充分发挥围岩 的承载能力。因此, 软岩巷道支护原理是根据岩层 的不同属性, 不同地压来源, 从分析地压活动基本规 律入手, 运用信息化设计方法, 使支护体系和施工工 艺过程不断适用围岩变形的活动状态, 以达到控制 围岩变形, 维护巷道稳定的目的。 1巷道位置的选择。巷道位置最好选在工程 地质条件好, 工程量少的地段, 巷道轴线方向和最大 主应力方向平行或小角度相交。 2 巷道断面形状要适应地应力分布特点, 一 般应使巷道周边圆滑, 防止应力集中。 3施工工艺方面, 应尽量减少对围岩的震动, 支护结构、 参数、 施工工艺要密切注意和围岩变形状 态相匹配。 4 围岩变形是围岩力学形态变化最直接体 现, 它不仅直接反映了 地压规律, 而且也是软岩层用 来分析判断围岩稳定程度的可靠手段。因此, 进行 现场变形量测, 掌握围岩变形活动状态和时间效应, 并在此基础上, 选择支护结构和参数, 妥善安排掘进 和支护工艺过程, 以确保支护体系和支护特性曲线 和变形活动状态相适应、 相匹配, 以最大限度发挥围 岩自 承能力和支护体系支撑能力, 这是搞好维护的 关键, 软岩层变形具有时间效应长的特点, 所以坚持 长期监控, 对于及时了解围岩稳定信息及采取相应 的加固措施具有重要意义。 3 软岩巷道支护设计方法 软岩巷道支护设计主要是选择合理的支护形式 和支护参数。如果支护形式和参数选择不合理, 就 会造成两个极端, 一是支护强度太高, 浪费材料和工 时, 二是支护强度不够, 出现支护破坏造成片帮冒顶 事故。所以, 选择合理的支护形式和参数是设计的 根本。目 前, 软岩巷道支护设计方法大体上分三类, 即工程类比 法, 理论计算法和实测法。工程类比法 是当前应用较广的方法, 它是根据已经支护的类似 工程的经验, 通过工程类比, 直接提出支护参数, 简 单、 易用, 但它与设计者的实践经验关系很大, 有一 定的盲目 性, 科学依据不足。理论计算法可做为定 性参考, 可用于支护设计参数的验证。实测法比较 实用, 具有可靠性和合理性, 已 被许多国家采用。 4 支护实例 通化矿务局道清矿属于典型的软岩巷道, 原以 U型钢和木棚支护为主, 年产30万t , 随着开采深度 的增加和地质条件的复杂变化, 回采巷道出现了严 重破坏, 使回 采工作无法正常进行。为保证矿井的 生产能力, 安全生产, 改变其支护方式是非常重要 的。 4 . 1 采区工作面回采巷道支护设计 设计巷道断面形状和支护方式, 根据前面论述 的软岩围岩巷道的特征、 支护原理和方法 本设计 3 4 煤矿安全 To ‘ , 3 8 8 采用工程类比法和实测法 及该矿的地质情况, 设 计该工作面回采巷道为拱形断面, 采用锚杆一 锚索 一 钢筋梯一 金属网联合支护方式, 支护参数如下 1锚杆直径少二 18m m , 锚杆有效长度 L L l h L Z 2 . 0 5m 式中 L 锚杆长度; 乌 锚杆外露部分长度, 通常取L , 0 . 巧 m ; h 松动圈尺寸, 由声波检测仪实测松动 圈尺寸h 1 s m ; L Z, - - 一 锚杆在稳定岩层中的长度, 通常取几 0 . 4 。 考虑到本局未采用过锚杆支护, 所以在设计上 加大了安全系数, 取L Z oo m, 间排距 。 1 6 00 1 1 1 1 1 0 2 锚索直径少 巧. 24 m m , 锚索有效长度L 二 6 0 0 0m m, 两锚一索, 锚索排距1 1 8 0 Om m 。 3 钢筋梯 直径中 16m m , 梯宽B l oo lnm 。 4 金属网 中 3 m m , 网格尺寸e x i S Om m x 5 0m m, 网宽8 0 Om m 。 5 木砖尺寸 3 o o m mx 3 0 0 m mX 5 om m 。 支护设计见图1 。 声 锚索 黔 迷 图1 巷道断面及支护方式 4 . 2 相似材料模拟 相似材料模拟是科学实验的一种, 这是人们探 讨和认识地压规律的途径之一。用与天然岩石物理 力学性质相似的人工材料, 按矿山实际原型, 遵循一 定比例缩小做成模型, 然后在模型中开挖巷道模拟 采场工作, 观察模型的变形, 位移, 破坏和岩层移动 等情况, 据以分析, 推测原型中新发生的情况, 根据 道清矿实际地质情况, 在室内进行煤巷相似材料模 拟实验, 模拟其设计支护方式是否合理。 模型选用卧式可加载平面模型架, 在模型顶板 布置10个测点, 巷道周边布置5 个测点, 巷道底板 布置3 个测点; 巷道采用复合支护后, 围岩最终变形 为顶板下沉量为 巧 om m, 两帮相对移近量为 2 00 m m , 底鼓1 20 m m , 巷道完好, 只是在巷道底角局部 出现轻微破坏。 通过对设计方案进行相似材料模拟试验得出 该方案是可行的, 可以在现场实验巷道中实施该方 案, 以进一步确定其合理性。 4 . 3 试验巷道现场观测 为了检验设计方案的可行性和锚网索这种复合 支护形式在该矿的适应性, 选定一水采仓道做为试 验巷道, 设置两个观测断面, 各断面安置顶板离层监 测仪、 巷道围岩表面收敛测量基点及锚杆锚索锚固 力动态监测仪, 观测试验巷道的顶板离层量、 表面收 敛量及锚杆锚索锚固力这些巷道矿压显现的特征 值, 并对观测结果进行分析, 以检验锚网索这种支护 形式在该围岩条件下的适应性, 检验本试验方案支 护参数设计是否合理。 经过2 个多月的观测及数据的分析, 在观测时 间内, 顶板最大下沉量为36. s m m , 两帮最大收敛量 1 12. s m m, 巷道在掘后 1 个月左右趋于稳定; 掘后 至巷道稳定期间6m内的顶板最大离层量为28 mm , Zm内最大离层量为20 m m, 2一 6m间顶板最 大离层量Z Om m ; 在观测期间, 锚杆、 锚索的锚固力 也在不断的波动, 但是波动的幅度不大, 波动剧烈时 间一般在巷道掘后rod 之内, 之后也又有微小的波 动, 但是基本趋于稳定值, 从锚索与锚杆的锚固力对 比 情况来看, 其锚固 力大小基本趋于相同, 说明锚索 已经起到了调动深部岩体强度的作用, 但其锚固力 的大小还远远小于其最大锚固强度, 这为巷道后期 受采动影响锚索起加强支护作用留有较大的系数, 可以实现巷道在服务期内的稳定。所以, 从试验情 况来看, 其支护设计是合理的, 可以在全矿推广。 5 施工中应注意的问 题 1必须保证巷道造型, 放炮按光爆要求执行, 尽可能减少对围岩的震动; 若顶板难于维护, 可打超 前锚杆护顶。 煤矿安全 20 07 一 “ 3 3 5 静止进相器在煤矿风机中的应用 郭玲 辽宁石油化工大学, 辽宁抚顺 1 13 008 摘要 静止进相器是近几年研制生产的一种智能型无功功率补偿装置, 它采用交一 交变频技术 和单片机技术实 现自 动跟踪补偿。文章通过进相器 在煤矿风机中的应用与实践, 较详细地介绍 进相器的补偿原理、 选择方法、 控制系统的实现等。 关键词 进相器; 功率因 数; 变频器; 电 容器 中图分类号 T D 6 O g文献标识码 B文章编号 1 0 0 3 一 4 9 6 X 2 0 0 7 0 3 一 0 0 3 5 一 0 3 煤矿企业是高压大容量电动机应用较多的场 所, 也是功率因数和效率较低的用户, 因而造成有功 损耗增大及大量电能浪费, 增加企业的经济负担。 2 0 0 4 年, 抚顺矿务局老虎台矿对主风井风机进 行节能改造, 采用静止进相器对原电动机的功率因 数进行动态补偿, 取得满意的效果。 静止进相器是一种智能型无功功率补偿装置。 它具有自 动跟踪补偿、 静止无环流、 操作简便、 免维 护等许多优点。它的补偿原理与电容补偿相比较有 着本质上的区别。电容补偿是在电机定子的前端并 联电容器, 以吸收电机感性电阻造成的无功功率。 它只能改变电容至电网等线路上的电流与电压的功 率因数角, 也就是说只能提高线路上的功率因数。 而进相器却是一种能够改变电机本身功率因数的补 偿装置。它串接在电 机转子回 路中, 电机运行时, 进 相器采集电机转子电流信号和同步电压信号, 经单 片机进行数据和相位处理, 控制和调整可控硅的触 发角, 把50 H z 交流电通过交一 交变频给电机转子 附加一个与转子同 频率、 相位滞后90“ 的附加电势。 转子电流和电压相位因此改变, 通过磁场进而改变 电机定子的电流与电压的相位角, 从而达到提高电 机功率因数的目的。电机电容补偿与静止进相器补 偿的等效电路如图1 所示。1 为电容补偿;2为静止 进相器补偿。 的间排距 8 0 0m mx 8 O 0m m , 锚杆长度也可放到2 m 0 参考文献 何满潮, 孙晓明. 中国煤矿软岩巷道工程反护设计与 施工指南〔 M 〕 . 北京 科学出版社, 2004. 董方庭, 等. 巷道围岩松动圈支护理论及应用技术 〔 M 〕 . 北京 煤炭工业出版社, 2 001 , 薛顺勋, 聂光国, 等. 软岩巷道支护技术指南〔 M 〕 . 北 京 煤炭工业出版社, 2 0 02. 何满潮. 软岩巷道工程概论〔 M 〕 . 徐州 中国矿业大学 出版社, 1 9 9 4 . 陆士良 . 锚杆锚固力与锚固技术 M 〕 . 北京 煤炭工业 出版社, 1 9 9 8 . ﹁仁JJlweesesl,esesJ卜esesesl﹁esesl 1八乙八j4哎︺ r..LreeLL...resLr月.L 2 锚杆采用全长锚固, 搅固时间要足够, 确保 锚固剂强度达到要求, 保证锚杆的初锚力, 初锚力确 保Zt 以上, 同时确保动态锚固, 滞后跟踪检查, 发 现失效锚杆及时进行处理, 锚杆构件必须齐全, 锚杆 外露长度不大于5 0 m m 。 3 锚索按对角打注, 每孔锚固剂长度保证 g oo m m以上, 并充分搅拌。打住后滞后24 h 拉紧, 并保证初锚力s t 以上。 4 钢筋梯, 金属网必须铺设平整, 用锚杆压牢 压紧, 网间搭接10 m m , 并用铁线绑扎牢固, 网扣间 距不大于l o o m m 。 5 复合托盘为木砖和铁托盘组成, 木砖尺寸 为 3 0m mx 3 O 0 m mx 5 O m m 。 6 地角锚杆必须打住, 角度30“ , 如因底鼓而 拉底, 必须补打地角锚杆。 7 如果顶板极其破碎, 顶板压力大应及时打 密锚杆或加打锚索, 确保施工安全和巷道稳定。 8 巷道支护良好, 可根据情况适当放宽锚杆 作者简介 李志强 1 9 82一 , 男, 2 005 年毕业于辽宁工 程技术大学, 现为辽宁工程技术大学硕士研究生。 收稿日 期 2006 一 09 一 26; 责任编辑; 梁绍权